一種石墨烯的綠色制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及石墨烯的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨稀(Graphene)是一種性能優(yōu)異的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新型碳材料，其基本結(jié)構(gòu)單元為有機(jī)材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán)，是目前最理想的二維納米碳材料。自2004年，英國(guó)物理學(xué)家安德烈.海姆和康斯坦丁.諾沃消洛夫，成功地從石墨中剝離出石墨烯以來(lái)，其優(yōu)異的物理化學(xué)性能，使其在化工、材料、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。
[0003]目前，石墨烯的制備主要有三種典型的方法，即機(jī)械剝離法，氧化還原法和化學(xué)氣相沉積法。其中，機(jī)械剝離法和化學(xué)氣相沉積法因反應(yīng)條件苛刻、成本高等缺點(diǎn)不利于廣泛應(yīng)用。相比較而言，氧化還原法是目前被廣泛采用的一種方法，此方法成本低，周期短，產(chǎn)量大，常被應(yīng)用于石墨烯材料的制備。還原石墨烯的常用方法有主要有三類:第一類是使用還原劑在高溫或者高壓的條件下還原氧化石墨烯;第二類是直接將氧化石墨烯在惰性氣體保護(hù)下加熱，使含氧官能團(tuán)的穩(wěn)定性下降，以水蒸氣和二氧化碳等形式離開氧化石墨烯;第三種是催化還原法，在光照或高溫條件下，將催化劑混合到氧化石墨烯中，誘導(dǎo)氧化石墨烯還原。
[0004]目前還原氧化石墨烯主要有高溫?zé)徇€原(高溫快速燒結(jié)、微波法等)和化學(xué)還原法(如肼類還原劑)來(lái)制備石墨烯。但這兩類方法都有缺點(diǎn)，第一類方法反應(yīng)溫度較高，能量消耗過(guò)高，且對(duì)設(shè)備要求高;第二類方法大多數(shù)還原劑為毒性試劑，使用過(guò)程較危險(xiǎn)，且反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，清洗不方便，不利于規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用。因此，探索新的、成本低廉、簡(jiǎn)單高效、環(huán)境友好的還原方法迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無(wú)毒、低成本、可快速制備和簡(jiǎn)單分離的石墨烯的綠色制備方法，其工藝簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單掌握，可以進(jìn)行大量生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007 ]本發(fā)明所述的制備方法，按以下步驟。
[0008](I)將一定量的氧化石墨(GO)加入到適量的蒸餾水中，超聲0.5-lh得到濃度為均勻分散的氧化石墨烯懸浮液；
[0009](2)往步驟(I)中加入適量一定濃度的腐植酸鈉溶液，攪拌均勻；
[0010](3)將步驟(2)所得溶液轉(zhuǎn)入水熱反應(yīng)釜，一定溫度下反應(yīng)一定時(shí)間；
[0011](4)將步驟(3)所得產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾或離心洗滌得到石墨烯(rGO)產(chǎn)品。
[0012]步驟(I)中，氧化石墨稀懸浮液濃度最好是0.5-5mg/ml。
[0013]步驟(2)中，腐植酸鈉溶液的摩爾濃度為3-8mol/L。
[0014]步驟(3)中，水熱反應(yīng)釜的內(nèi)襯采用聚四氟乙烯材料，水熱溫度為80-120攝氏度，反應(yīng)時(shí)間為12-24h。
[0015]步驟(4)中，離心洗滌的洗滌劑為蒸餾水和以純，離心速率為8000-10000rpm，離心次數(shù)為5-10次，每次離心的時(shí)間為3-8min。
[0016]本發(fā)明的方法具有原料簡(jiǎn)單易得，方法簡(jiǎn)易可行，水熱反應(yīng)溫度相對(duì)較低，具有極大安全可靠性，整個(gè)工藝過(guò)程避免了有毒試劑的使用，環(huán)境更友好，適合于規(guī)模化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是實(shí)施例1所得的石墨烯與氧化石墨烯的的X射線衍射(XRD)譜圖。
[0018]圖2是實(shí)施例1所得的石墨烯與氧化石墨烯的傅立葉紅外光譜分析(FT-1R)譜圖。
[0019]圖3是氧化石墨烯的掃描電子顯微鏡(SEM)形貌圖。
[0020]圖4是實(shí)施例1所得的石墨烯的掃描電子顯微鏡(SEM)形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明的實(shí)施方案將根據(jù)以下非限制性實(shí)施例，進(jìn)一步加以描述說(shuō)明。
[0022]實(shí)施例1
[0023]本實(shí)施例為優(yōu)選的實(shí)施例。
[0024](I)將60mg的GO分散在60mL水溶液中，超聲Ih形成棕黃色的氧化石墨稀懸浮液；
[0025](2)往步驟(I)得到的氧化石墨烯懸浮液中加入3mL，5mol/L的腐植酸鈉溶液，攪拌均勻；
[0026](3)將步驟(2)得到溶液轉(zhuǎn)入10mL的水熱反應(yīng)釜，在80°C下水熱反應(yīng)24h ；
[0027](4)將步驟(3)所得產(chǎn)物用酒精和蒸餾水在8000rpm下分別離心洗滌5次，每次離心3min，將所得產(chǎn)品干燥得到石墨稀產(chǎn)品。
[0028]實(shí)施例2
[0029](I)將300mg的GO分散在60mL水溶液中，超聲Ih形成棕黃色的氧化石墨稀懸浮液；
[0030](2)往步驟(I)得到的氧化石墨烯懸浮液中加入5mL，5mol/L的腐植酸鈉溶液，攪拌均勻；
[0031](3)將步驟(2)得到溶液轉(zhuǎn)入10mL的水熱反應(yīng)釜，在100°C下水熱反應(yīng)18h;
[0032](4)將步驟(3)所得產(chǎn)物用酒精和蒸餾水在1000rpm下分別離心洗滌6次，每次離心5min，將所得產(chǎn)品干燥得到石墨稀產(chǎn)品。
[0033]實(shí)施例3
[0034](I)將30mg的GO分散在60mL水溶液中，超聲0.5h形成棕黃色的氧化石墨稀懸浮液；
[0035](2)往步驟(I)得到的氧化石墨烯懸浮液中加入ImL，5mol/L的腐植酸鈉溶液，攪拌均勻；
[0036](3)將步驟(2)得到溶液轉(zhuǎn)入10mL的水熱反應(yīng)釜，在120°C下水熱反應(yīng)12h;
[0037](4)將步驟(3)所得產(chǎn)物用酒精和蒸餾水在8000rpm下分別離心洗滌5次，每次離心3min，將所得產(chǎn)品干燥得到石墨稀產(chǎn)品。
[0038]附圖1為本發(fā)明所實(shí)施例1所得的石墨烯與氧化石墨烯的的X射線衍射(XRD)譜圖。由圖1可知，氧化石墨烯曲線在2Θ約為10°附近出現(xiàn)了很強(qiáng)的衍射峰，即氧化石墨(001)面的衍射峰。經(jīng)腐植酸鈉還原后，氧化石墨的特征峰消失，在2Θ ? 25°出現(xiàn)了石墨烯的特征衍射峰，從而可以判斷氧化石墨烯還原為石墨烯。
[0039]附圖2為本發(fā)明所實(shí)施例1所得的石墨烯與氧化石墨烯的傅立葉紅外光譜分析(FT-1R)譜圖。從圖2中可知，3430cm—1處為OH的伸縮振動(dòng)峰，其來(lái)源有羧基、羥基和水分子，1734cm—1處為C = O峰，1385cm—1處為羧基的OH彎曲振動(dòng)峰，1225cm—1及1050cm—1處附近出現(xiàn)了C-O基團(tuán)的伸縮振動(dòng)和環(huán)氧或過(guò)氧基體的特征吸收峰，說(shuō)明氧化石墨烯含有多種含氧官能團(tuán)。經(jīng)對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，經(jīng)腐植酸鈉還原后，含氧官能團(tuán)吸收峰明顯減弱，特別是C-OH吸收峰下降最大，這說(shuō)明在腐植酸鈉的還原下，氧化石墨中大部分含氧基團(tuán)被消除，氧化石墨被還原。
[0040]附圖3是氧化石墨烯的掃描電子顯微鏡(SEM)形貌圖。附圖4為本發(fā)明實(shí)施例1所得的石墨烯的掃描電子顯微鏡(SEM)形貌圖。附圖3放大倍數(shù)為10000倍，附圖4放大倍數(shù)為20000倍，由圖可看出，實(shí)施例1所得的石墨烯為片層褶皺結(jié)構(gòu)，具有較大的比表面積。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨烯的綠色制備方法，其特征是按以下步驟: (1)將一定量的氧化石墨(GO)加入到適量的蒸餾水中，超聲0.5-lh得到濃度為均勻分散的氧化石墨烯懸浮液； (2)往步驟(I)中加入適量一定濃度的腐植酸鈉溶液，攪拌均勻； (3)將步驟(2)所得溶液轉(zhuǎn)入水熱反應(yīng)釜，一定溫度下反應(yīng)一定時(shí)間； (4)將步驟(3)所得產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾或離心洗滌得到石墨烯(rGO)產(chǎn)品。2.按照權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，步驟(I)中，氧化石墨烯懸浮液濃度最好是0.5-5mg/ml。3.按照權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，腐植酸鈉溶液的摩爾濃度為3_8mol/L。4.按照權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，水熱反應(yīng)釜的內(nèi)襯采用聚四氟乙烯材料，水熱溫度為80-120攝氏度，反應(yīng)時(shí)間為12-24h。5.按照權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，離心洗滌的洗滌劑為蒸餾水和乙醇，離心速率為8000-10000rpm，離心次數(shù)為5-10次，每次離心的時(shí)間為3-8min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨烯的綠色制備方法。包括以下步驟：(1)將一定量的氧化石墨(GO)加入到適量的蒸餾水中，超聲0.5-1h得到濃度為均勻分散的氧化石墨烯懸浮液；(2)往步驟(1)中加入適量一定濃度的腐植酸鈉溶液，攪拌均勻；(3)將步驟(2)所得溶液轉(zhuǎn)入水熱反應(yīng)釜，一定溫度下反應(yīng)一定時(shí)間；(4)將步驟(3)所得產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾或離心洗滌得到石墨烯(rGO)產(chǎn)品。本發(fā)明的方法具有原料簡(jiǎn)單易得，方法簡(jiǎn)易可行，水熱反應(yīng)溫度相對(duì)較低，具有極大安全可靠性，整個(gè)工藝過(guò)程避免了有毒試劑的使用，環(huán)境更友好，適合于規(guī)模化生產(chǎn)。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號(hào)】CN105502373
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610055374
【發(fā)明人】黃繼國(guó), 向?qū)? 李日升, 陳海濤, 郭雪婷, 劉星娟
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2016年1月27日